巴黎机场倒塌事故分析

巴黎机场的倒塌事故：结构的错误？作为未来的教训？

法国巴黎戴高乐机场2E航站楼2004年5月23日部分倒塌的调查结果认为，结构错误可能是其原因。钢和玻璃以及混凝土内壳组成一个650m长椭圆形管。在连接过道附近宽24m的一部分倒塌，死亡4人。倒塌前有一段混凝土开裂并掉下来。事故发生后警察清理了现场。

图1 倒塌后南面视图，纵向梁的拉接破坏并从柱上滑落

图中英文：上：混凝土表层弯曲破坏；下：拱座连到基底

法国交通部巴黎机场倒塌事故调查委员会主席Jean Berthier,今年的2月15日（1） 在交通部组织的新闻发布会上说，事故是由于钢与混凝土构件不同的膨胀/收缩引起（支承在壳上）短柱和混凝土连接处周边开裂所导致的。调查特别排除了责任问题，此问题曾经是法院一直考虑的问题。由于涉及到诉讼问题，委员会没有提供有关断裂构件鉴定审查的细节。这些定性的观点是立足于对倒塌后立即拍摄的照片进行仔细研究和对结构的计算机分析的基础上的。更为详细的定性分析报告，包括取样检验和构件试验的结果，要等到诉讼有了结论以后。

报告表明了委员会的下述观点：

·似乎技术因素对初始破坏和整个倒塌起作用；

·对非寻常/复杂的结构应要求有更为严格和独立的审查程序。

图2 倒塌的区域

结构设计

该结构是非常不一般，其复杂性使它难于观察和分析力的分布以及流向（见图3、4、5）。壳体建于2002年，是4m宽、300mm厚的钢筋混凝土曲线壳截面。26.2m 的跨度分3节预制。边缘用曲线钢拉杆从外部加强。拉杆支承在短柱上，短柱承窝在混凝土壳体内。预制件在现场制作，而后通过外部的铁件固定。安装后连接点用混凝土现浇成整体。壳体支承在两条纵向梁上，梁支承在柱上并与之拉接。屋面壳上开设规则的洞。在破坏处开有更大的洞作为出入口（图2）。外露的钢结构和壳体用玻璃屋面覆盖。

图3 倒塌前的屋盖结构

图4、5 倒塌前后的剖面

图中外文：左图左：上：现浇混凝土；中：拱座；下：柱

左图中：上： 中：混凝土壳中线；下：

左图右：上：拉杆；中上：短柱；中下：拱座；下：柱

右图左：上：南边的纵向梁从支座上脱开，壳上的构件塌下来；中：南

右图中：上：壳塌到楼面；

右图右：上：北边的拱座仍留在支座上，但弯曲时破坏

图6 复合墙的破坏例子

倒塌的原因

委员会认为该结构的初始强度储备低，以下各种综合的因素导致倒塌：

·由于开裂，结构在恒载以及外部作用（温度等等）作用下，柔性增高了。开裂的原因可能是钢筋不足或者位置放错了。

·缺乏可以把荷载从局部损坏处转移走的坚固性（robustness）和超静定度。

·支承在壳体上的短柱支承处局部冲切应力大。

·纵向支承梁及其与柱的连接较弱。

倒塌前的一个半小时，壳体下部沿短柱支点线之间有一大块混凝土掉下来。开始是冲切而后弯曲破坏，北边和/或南边的一个柱连接破坏，接着突然倒塌。寒冷的状态可能促进冲切破坏。

使用2年4个月的结构的破坏，是局部高应力区开裂并逐步发展使结构变弱。裂缝可能是施工时的裂缝，以及热工效应、湿度在混凝土壳和曲线钢拉杆和短柱之间来回活动引起的。

这种创新的结构形式、构造对施工的适应性和精度以及对徐变、热工效应效应十分敏感。这些都在正常规范规定和分析设想的范围之外。委员会建议对于所有非一般和复杂的结构应规定，施行更为严格的模型试验、分析和进行独立的审查。

这些建议反映在SCOSS（结构安全常设委员会）有关结构安全的危险控制报告中（2）。所有想设计和建造创新的和非一般、复杂结构的设计师们都应该读一读。

与其他例子的比较

令人感兴趣的是，与其它类似的破坏相比，除了清晨的热工效应，巴黎戴高乐机场在没有明显的冲击荷载下而突然倒塌。而Madovi桥和Ynys-ygwas 桥因遭受腐蚀而变弱，直至最后突然破坏。Piper‘s Row 停车库倒塌与戴高乐机场十分相似。健康和安全执行委员会（HSE）（3）进行了定量的调查。和戴高乐机场一样，冲切破坏、缺乏局部破坏后重分布的可靠性、对布筋错误的敏感性以及温度效应引起的反应、荷载在弱化结构中重分布都对倒塌起作用。

戴高乐机场的倒塌暴露了看不见的冲切破坏的危险，冲切破坏导致随后的倒塌。如果我们想要获得坚固的结构，就需要在设计指南和规范规定中对此给予更充分的认可。